ÉTUDE DU POTENTIEL SISMIQUE et de l`enracinement de

5.1
ÉTUDE DU POTENTIEL SISMIQUE
et de l’enracinement de la faille
de la Moyenne Durance
Edward Marc CUSHING, Stéphane BAIZE, Stéphane NECHTSCHEIN, Pierre DERVIN , Philippe VOLANT
Bureau d'évaluation des risques sismiques pour la sûreté des installations
Le Sud-Est de la France est fréquemment cité comme étant une des régions françaises (hors territoires d’outre-mer)
présentant un niveau d’aléa sismique certes modéré, mais non négligeable si l’on en juge à partir des données de
sismicité historique (figure 1). Deux séismes ont ainsi eu des conséquences sévères sur les vies humaines et les
constructions : le séisme du 23 février 1887 en région Ligure, au sud-est de Nice, et celui du 11 juin 1909 dans les
chaînons calcaires de la région de Lambesc et de Salon-de-Provence. Ce dernier a provoqué la mort d’environ 40
personnes.
Outre ces deux séismes d’intensité exceptionnelle, une sismicité régulière de plus faible niveau se produit ; elle
s’exprime principalement dans l’arrière-pays niçois et le long d’un axe reliant la région aixoise aux confins des
Alpes-de-Haute-Provence et s’étendant jusqu’à la région de la Motte-du-Caire. Sur ce dernier axe, qui correspond
à la trace d’une faille très ancienne (300 millions d’années), les séismes modérés se sont produits presque régulièrement depuis le XVIe siècle. Cette faille, ou plutôt cet ensemble de failles, est dénommée par les géologues « faille
de la Moyenne Durance » (FMD). Si la magnitude des séismes destructeurs de Ligurie et du pays niçois est estimée
à environ 6, celles des séismes de la FMD sont plus faibles, inférieures à 5,3. Le système de failles est par ailleurs
caractérisé par une microsismicité régulière. Depuis le début des années 90, les géologues ont également mis en
évidence, à l’échelle régionale et sur la FMD en particulier, des traces de séismes préhistoriques qui auraient pu
atteindre ou dépasser les magnitudes des séismes de Lambesc et de la région Ligure.
Bien que la région du Sud-Est de la France ait déjà été beaucoup étudiée par les sismologues et les géologues, la
connaissance des failles et la quantification de leur « potentialité » à générer des séismes restent encore insuffisantes
pour définir précisément l’aléa sismique qui leur est associé. Des études approfondies sont actuellement en cours
dans la communauté scientifique nationale. L’IRSN y contribue largement depuis une quinzaine d’années, dans le
cadre de ses activités de recherche. L’effort a jusqu’à présent été focalisé sur le système de failles de la Moyenne
Durance en tant que cas d’étude typique d’une « faille lente en contexte intracontinental ». L’IRSN a installé depuis
une dizaine d’années un réseau de mesures sismiques et un ensemble de stations équipées de récepteurs GPS (de
façon permanente ou temporaire). Cette instrumentation a pour but de caractériser l’activité des différents segments
constituant le système de failles de la FMD. En participant aux réseaux nationaux (géodésique et sismologique) et en
développant des réseaux locaux, l’IRSN contribue ainsi à la recherche en tectonique à différentes échelles, tout en
poursuivant son objectif principal : l’estimation de l’aléa sismique pour la sûreté des installations à risque.
206
Rapport scientifique et technique 2007 - IRSN
Les études de sûreté et de sécurité des installations
4°30'
5°00'
.
sF
n e 1873
6°00'
Tricastin
Swarm
1866
F.
1873
6°30'
1773
ith
50°
50°
Cé
n
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5°30'
1952
VLFZ
me
15°
Baronnies
Ve r
5°
44°30'
0°
1927
43°30'
44°
44°
Tr é v
43°
6°
ares
2.5 - 3
3-4
4-5
se
Sismicité historique
(Base de données SisFrance)
AIX-EN-PROVENCE
BERRE-L'ÉTANG
7°
MARSEILLE
B
TOULON
MER MÉDITERRANÉE
Altitude
1 500 m
1 300 m
20 km
4°30'
5°00'
IX
VIII - IX
VIII
VII - VIII
VII
VI - VII
VI
V - VI
Site de paléosismicité
ou de déformation
quaternaire documentée
5°30'
6°00'
Plis actifs
Modèle de vitesse 3D
0m
Figure 1
1855
1951
Sismicité instrumentale (MI)
(CEA/LDG 1962-2004)
43°
A
5°
AFZ
ARLES
1913
MANOSQUE
.
1812
1812
1909
4°
1708
1506
eF
NÎMES
Alpilles
45°
45°
Lubéron
nc
6°
Panneau provençal
AVIGNON
ra
6°
1769
Du
44°00'
15°
F.
44°00'
5°
t
en
m
he
uc
va e
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he
n
l
te
as
C
4°
5°
es
ig
40°
C
D
40°
0°
m
Nî
Carte générale de la sismicité régionale et des principales failles.
Caractérisation de l’aléa sismique :
les questions posées
La pratique actuelle d’évaluation de l’aléa sismique en France pour
les installations à risque (installations nucléaires et chimiques,
barrages) est une approche déterministe. Cette approche estime le
Parmi les missions de l’IRSN concernant la sûreté des installations
niveau d’accélération qui serait produit par le plus fort séisme
nucléaires, l’une d’elles consiste à évaluer le niveau de protection
historique ramené au plus près du site, augmenté d’une marge de
vis-à-vis de « l’agression externe » que peuvent constituer les
sécurité. Cette marge est définie en augmentant d’un demi-degré
séismes. Le risque sismique résulte de la combinaison de l’aléa
la magnitude du séisme retenu.
(mouvement du sol généré par un séisme) et de la vulnérabilité du
D’une manière générale, pour évaluer l’aléa, il est nécessaire d’iden-
bâti ou des infrastructures. La pratique réglementaire prévoit que
tifier les « sources » capables de produire les séismes agresseurs et
le maintien des fonctions importantes de sûreté d’une installation
de caractériser leur potentialité. Généralement, dans les zones de
nucléaire de base en surface, notamment et selon ses caractéristi-
faible sismicité où les failles sont mal connues, l’approche déter-
ques précises, l’arrêt sûr, le refroidissement et le confinement des
ministe revient à considérer des régions comme sources possibles
produits radioactifs, puisse être assuré pendant et/ou à la suite de
de séismes. Ces zones sont définies sur la base de leur homogé-
séismes plausibles pouvant affecter le site de l’installation consi-
néité en termes de géologie et de sismicité. Dans les régions un
dérée.
peu plus actives comme la Provence, l’Alsace et les Pyrénées par
exemple, les failles sont souvent mieux connues et, surtout, des
IRSN - Rapport scientifique et technique 2007
207
5.1
5.1
séismes importants peuvent être associés (par leur position carto-
leur orientation par rapport à la direction de raccourcissement de
graphique) à ces failles-sources.
la croûte.
Des études de paléosismicité (étude des traces des séismes
Il reste qu’estimer l’aléa relève d’une démarche plus large qui
« préhistoriques » dans les couches géologiques récentes) ont
nécessite d’apporter des réponses aux questions suivantes :
révélé une déformation qui a été interprétée comme la preuve d’un
quelle est la taille des failles qui peuvent générer des séismes ?
paléoséisme près de Manosque. D’après les auteurs [Sébrier et al.,
La magnitude d’un séisme, et donc sa dangerosité, est directement
1997], un déplacement vertical métrique aurait pu se produire
liée à ce paramètre. La taille et l’extension d’une faille active peu-
pendant un événement sismique entre 27 000 ans BP et 9 000 ans
vent être déterminées par la cartographie en surface et la localisa-
BP. La FMD aurait donc été capable de produire un séisme important,
tion des microséismes, ainsi que par l’imagerie en profondeur. La
dont la magnitude est estimée entre 6,0 et 6,5 en s’appuyant sur
caractérisation de séismes majeurs « préhistoriques » permet
des relations empiriques reliant dimension de la faille et énergie du
également d’évaluer ce paramètre ;
séisme. Une telle magnitude conduit à admettre que la faille a
avec quelle vitesse se déforme la région affectée par les failles
affecté, lors de ce séisme majeur, non seulement la série sédimen-
en question ? Il s’agit d’un critère important pour savoir avec
taire superficielle (entre 0 et 5 km), mais aussi une partie profonde
quelle périodicité reviendront les séismes majeurs. En plus de la
jusqu’à 10-15 km. Ceci implique que la FMD serait une faille
datation des marqueurs géologiques, les mesures géodésiques
« enracinée » dans le socle cristallin.
apportent des données utiles pour évaluer cette vitesse.
Les interprétations des déformations superficielles sont souvent
Évaluer l’aléa sismique associé à un système de failles actives
ténues et leur signification en termes de paléoséismes (surtout de
consiste à répondre aux questions précédentes grâce à la mise en
magnitude) est délicate et parfois sujette à caution. Si les défor-
œuvre d’études. Les principaux résultats de celles menées par
mations observées près de Manosque ne correspondaient pas à une
l’IRSN sur la FMD sont présentés ci-après, avec la description et
trace de paléoséisme, aucune autre preuve de rupture impliquant
l’analyse des données récentes concernant la microsismicité, la
largement la croûte n’existerait pour la FMD.
géométrie en profondeur de la faille, la vitesse de déformation.
Dans ce contexte, les seules données qui permettent de déterminer
L’approche correspondante est complémentaire de l’approche
les caractéristiques des séismes maximaux sont les observations
réglementaire mentionnée ci-avant et permet d’appréhender l’aléa
historiques (1509, 1708, 1812, 1913). Elles conduisent à des magni-
spécifique d’une faille lente active, pour laquelle la sismicité histo-
tudes voisines de 5 et à des séismes de faible profondeur. Dans ce
rique donne accès à une période trop courte pour être représenta-
cas, seule la partie supérieure de la croûte (couverture sédimentaire)
tive de l’historique complet de son activité.
serait active.
La levée de l’indétermination entre ces deux hypothèses d’activité
superficielle ou profonde sur l’enracinement est importante en
Taille des failles du système FMD pouvant
produire les séismes
termes d’aléa sismique puisqu’elle conditionne, in fine, le choix des
caractéristiques des séismes à prendre en compte pour la FMD.
Deux approches complémentaires ont été mises en œuvre afin
Potentialité de séismes majeurs liée à la connaissance
de l’enracinement des failles
d’évaluer les dimensions des sources sismogéniques : d’une part,
La FMD n’est pas une structure unique et continue. Il s’agit d’un
en profondeur, d’autre part, l’étude de l’activité microsismique
système complexe de failles plutôt discontinues, pour la plupart
pour bien localiser en profondeur les zones actives des segments
héritées d’épisodes tectoniques anciens, qui s’étend sur 70 km et
de faille.
l’examen des lignes sismiques disponibles pour imager les failles
qui affecte vraisemblablement toute l’épaisseur de la croûte jusqu’à
rôle majeur pendant l’ère Mésozoïque (250 à 65 Ma), puis à l’Oligo-
Connaissance de la structure (3D) de la FMD à partir
de l’imagerie géophysique (dont données pétrolières)
Miocène (35 à 15 Ma) lors de la formation des bassins sédimentaires
Les dimensions des sources sont conditionnées par la répartition
de Manosque-Forcalquier et d’Aix-en-Provence, puis du bassin de
spatiale des « segments » de faille. Décrire cette segmentation
Valensole (de 10 Ma à maintenant). À ces époques, les failles ont
revient donc, dans un premier temps, à détailler les traces des
joué en étirement pendant la formation de la Méditerranée. Par la
branches de faille qui peuvent être cartographiées en surface. Dans
suite, ces mêmes failles ont joué en raccourcissement pendant les
un deuxième temps, il faut évaluer l’extension en profondeur des
épisodes alpins (Mio-Pliocène, entre 15 et 2 Ma). Elles ont donc été
différents segments de faille qui constituent autant de zones pos-
récemment remobilisées en failles inverses ou décrochantes, suivant
sibles de rupture individuelle. L’aire de chacun de ces segments
une trentaine de km de profondeur. Ce système de failles a joué un
208
Rapport scientifique et technique 2007 - IRSN
Les études de sûreté et de sécurité des installations
X
N
60000
0
40000
7
Y
20000
0
20000
6
40000
5
8
10
12
Figure 2
60000
9
2
13
MDFZ
3
11
Trévaresse
4
1
Aix Fault
10000
Z
N
Lubéron
80000
10 km
0
Segmentation de la FMD (détail de la région de Manosque). Segmentation simplifiée en vues 2D & 3D.
conditionne la taille des séismes maximaux susceptibles de se
après leur acquisition selon la loi). Jusque dans les années 1980,
produire sur la faille. On dispose de relations empiriques reliant
la représentation de la structure de la FMD a reposé sur l’hypo-
certains paramètres géométriques tels que la surface de la rupture
thèse d’une faille à fort pendage, s’ancrant profondément dans la
instantanée lors d’un séisme, la longueur de la trace de la faille en
croûte cristalline, affectant de concert le socle pré-Mésozoïque
surface pendant cette rupture, à l’énergie du séisme exprimée par
et sa couverture sédimentaire. Cette interprétation reposait sur
sa magnitude. Ces relations ont été établies à partir d’observations
les données de forages et les campagnes de sismique des années
géologiques et sismologiques, pendant les trente dernières années,
1970 (société Elf).
lors de séismes survenus en différentes régions de la planète.
Depuis la fin des années 50, les compagnies pétrolières se sont
L’analyse des données de sismique-réflexion acquises par la société
intéressées aux réserves en hydrocarbures sur le territoire natio-
Total en 1985-1986 a permis à Benedicto-Esteban (1996) de
nal et, dès 1960, un certain nombre de forages d’exploration ont
proposer une nouvelle interprétation structurale de la FMD entre
été réalisés dans le sous-sol provençal, notamment dans la région
Saint-Paul-lez-Durance et Peyruis. Par rapport à l’interprétation
de la Durance. On dispose ainsi aujourd’hui de données géologi-
initiale, cette nouvelle représentation décrit un système de failles
ques détaillées sur les séries sédimentaires qui constituent cette
inclinées s’aplatissant vers la base de la série sédimentaire dans les
région. Ces forages ont localement atteint le « substratum cris-
niveaux ductiles de gypses et de sel du Trias (faciès parfois qualifiés
tallin » de la série sédimentaire, en particulier à l’est de la vallée
de « couches-savons »), réputés pour favoriser le glissement en
de la Durance. En plus de l’étude de la géométrie des couches
masse de la pile sédimentaire sus-jacente. Dans l’interprétation de
sédimentaires, preuve a été apportée de la forte dissymétrie
Benedicto-Esteban (1996), ces failles dites listriques surplombent
géologique entre la couverture sédimentaire épaisse à l’ouest de
d’autres failles qui provoquent l’enfoncement vers l’ouest du socle
la FMD (bassin de Forcalquier) et une couverture plus mince
cristallin.
(1 à 2 km) à l’est (figure 2).
Les recherches pétrolières ont ensuite été poursuivies par des
L’IRSN a également interprété quelques autres lignes sismiques. Le
campagnes exhaustives de sismique-réflexion, visant à imager les
CEA a fourni quatre lignes de 1971, tandis que la société Coparex
premiers kilomètres des séries sédimentaires. Ces campagnes,
en a fourni trois (campagne Total de 1985-1986). Sur la base de
réalisées dans les années 1970 et 1980, ont amélioré significati-
ces sept profils et de sa connaissance géologique de la région,
vement la connaissance structurale régionale. Si les données
l’IRSN a lui aussi identifié deux ensembles de failles superposées.
interprétées sont toujours non publiques, les données brutes sont,
Ainsi, sur la base de l’ensemble des données précédentes, l’exis-
en revanche, disponibles et peuvent être « déstockées » (dix ans
tence de failles profondes ne peut pas être écartée et la question
IRSN - Rapport scientifique et technique 2007
209
5.1
5.1
de leur activité reste en suspens. C’est pour répondre à ces incertitudes que l’IRSN a décidé de tirer également parti des données
instrumentales disponibles depuis l’installation dans les années
1990 de son réseau sismométrique.
Vélocimétrie
Accélérométrie
GPS
N
Utilisation par l’IRSN de la microsismicité pour connaître
la géométrie de la faille et le mécanisme de déformation
MLY
BLA
Moyens mis en œuvre
OBS
L’IRSN étudie la sismicité de la FMD afin d’améliorer la compré-
BLV
hension de sa structure et de son fonctionnement. C’est en 1992
VAL
que l’IRSN a entrepris la conception et la mise en place de son
réseau de surveillance sismique, constitué alors de six points de
BST
mesure et centré sur le village de Beaumont-de-Pertuis (Vaucluse).
GRX
L’objectif de ce dispositif était de pouvoir localiser les séismes se
ESC
produisant sur la FMD et d’en calculer la magnitude afin de connaî-
GIN
tre le plus finement possible le fonctionnement de cette faille
CAD
active.
JOU
Le réseau sismique IRSN de la Durance est actuellement composé
MEY
de 12 vélocimètres et de 18 accéléromètres (figure 3). Les stations
ART
vélocimétriques comprennent des capteurs « L4 » de fréquence de
résonance 1 Hz, associés à des chaînes d’acquisition « M88/MC »
10 km
de fabrication Lennartz. Le parc accélérométrique est composé
d’instruments « Etna » et « K2 » fabriqués par Kinemetrics. Toutes
ces stations sont à trois composantes (deux composantes horizontales, une composante verticale). L’ensemble des vélocimètres, ainsi
Figure 3
Réseaux instrumentaux de la FMD (accélérométrie,
vélocimétrie, GPS).
que les accéléromètres de Cadarache, Pierrevert, Manosque, Jouques,
Saint-Michel-l’Observatoire et la Vigie sont télémétrés. La combi-
tique, mais il est plus adapté pour la localisation de la microsismicité
naison de ces deux types d’instrument permet, d’une part, de
que le modèle « 1D » utilisé auparavant.
surveiller la sismicité locale avec une très haute sensibilité grâce
La localisation des séismes a été obtenue en utilisant ce modèle de
aux vélocimètres, d’autre part, d’avoir des signaux non saturés en
vitesse 3D et le programme d’inversion « NonLinLoc » développé par
cas de mouvement fort grâce aux accéléromètres.
A. Lomax [Volant et al., 2003]. La méthode utilisée permet de minimiser les incertitudes sur la localisation en trois dimensions. Ainsi,
Premiers résultats
155 événements ont été localisés. Leur magnitude de moment a été
Les premiers résultats sur la microsismicité de la FMD ont été publiés
calculée à partir des spectres de déplacement [Nechtschein, 2003 ;
par Volant [Volant et al., 2000 et 2003]. Un travail plus exhaustif
Volant et al., 2003] : elle est comprise entre 1 et 3. Pour réaliser une
sur l’activité sismique enregistrée de 1999 à 2006 a été réalisé en
interprétation sismotectonique, seuls les « meilleurs » séismes rem-
2006. Cette étude a permis de localiser la microsismicité plus
plissant les deux conditions suivantes ont été retenus : ils ont été
finement et de préciser les modalités de répartition des contraintes
enregistrés par au moins cinq stations et ils ont été suffisamment
autour de la FMD (Cushing et al., 2008). Auparavant, il a été néces-
bien localisés (incertitude inférieure ou égale à 2 km). Ces critères ont
saire de réaliser une synthèse des données géologiques et géophy-
conduit à ne conserver que 59 événements localisés correspondant
siques disponibles afin d’établir, d’une part, un modèle à petite
à des séismes « tectoniques ». Il n’a été possible de calculer des
échelle de la segmentation de la FMD [Cushing et Bellier, 2003] et,
mécanismes au foyer(1), décrivant la cinématique du déplacement de
d’autre part, un modèle de vitesse « 3D » (des ondes P) à l’échelle
la faille mobilisée pendant le séisme, que pour 27 d’entre eux, en
régionale. Ce modèle s’attache à décrire la géométrie de la croûte
utilisant le code « FPFIT » [Reasenberg & Oppenheimer, 1985].
terrestre en termes de superposition et de juxtaposition de couches
de propriétés différentes (notamment en termes de vitesse de pro-
Répartition de la sismicité
pagation des ondes sismiques). Compte tenu du faible nombre de
La distribution des épicentres (figure 4) montre une image moins
lignes sismiques et de forages disponibles, ce modèle reste schéma-
diffuse que celle de la microsismicité décrite par les réseaux nationaux
210
Rapport scientifique et technique 2007 - IRSN
Les études de sûreté et de sécurité des installations
ce secteur, comme l’atteste le sondage de Jouques (socle à 2 km).
X (km)
0
20
40
Z (km)
0 5
60
Des événements profonds (entre 8 et 15 km) ont été localisés au
10 15
nord du plateau de Valensole. Ils pourraient attester le fonction-
80
80
nement de failles profondes, non localisées car n’émergeant pas
à la surface, situées sous les plis de Mirabeau et Lambruissier.
60
60
Processus de déformation
La majorité des 27 mécanismes au foyer associés aux événements
enregistrés montre des axes en compression subméridiens, induisant
40
40
pour l’essentiel des cinématiques en coulissage (figure 5). Ceci est
cohérent avec le régime tectonique en décrochement senestre de la
FMD, déduit des données géologiques qui indiquent un raccourcis-
20
20
sement méridien. Quelques mécanismes correspondent toutefois à
0
0
5
10 15
inverses sont localisés sur l’ensemble du secteur d’étude, alors que
les jeux normaux se trouvent uniquement près de l’extrémité méri-
0
0
dionale de la FMD. Cette particularité peut résulter d’une modifica-
5
5
tion locale du régime des contraintes à la terminaison de faille.
10
10
15
15
0
X (km)
20
40
Z (km)
Z (km)
0
Y (km)
Y (km)
des cinématiques en failles inverses ou en failles normales. Les jeux
60
L’analyse de la distribution des axes de contrainte conduit à proposer
une direction moyenne de compression N-S à NNO-SSE autour de
la faille. La forte proportion de séismes localisés dans la couverture
suggère l’existence d’un découplage mécanique situé au niveau des
évaporites triasiques. Par ailleurs, la différence de distribution des
Figure 4
Localisation 3D de la microsismicité enregistrée par
le réseau IRSN.
axes de compression entre le socle (NE) et sa couverture (NNO)
pourrait indiquer l’existence d’un découplage des régimes tectoniques
entre le substratum et le panneau provençal chevauchant. L’étude
(Renass, CEA/LDG). L’activité microsismique est quasi nulle sous le
des mécanismes au foyer déduits de l’analyse de la microsismicité
panneau provençal (à l’ouest de la FMD), sous la montagne de Lure
conduit à caractériser une contrainte maximale horizontale
et le Lubéron. La majorité des événements se produit dans une bande
moyenne orientée N165°E, c’est-à-dire SSE.
de 5 km de large environ, tout au long des 50 km des branches du
système de failles entre Peyruis et Meyrargues. Une densité plus
marquée est notée entre Saint-Paul-Lez-Durance et Oraison.
Évaluation de la vitesse de glissement de
la FMD
La grande majorité des événements se situe à une profondeur
inférieure à 4 km ; l’activité microsismique se produit donc majo-
Vitesse de la faille et période de retour
ritairement dans la couverture sédimentaire, au-dessus du subs-
Les séismes de magnitude importante (M > 6,0) peuvent produire
tratum antétriasique. Un essaim de sismicité est localisé au
une rupture en surface. La taille de cette rupture reflète le déplacement
sud-est du secteur, dans les environs du chevauchement à ver-
instantané des lèvres de la faille. Plus la magnitude est élevée, plus
gence sud du Mont Major. La sismicité y est très superficielle et
le déplacement (ou « dislocation ») est important. Par exemple, un
traduit vraisemblablement l’activité du décollement de cette
séisme de magnitude 6,0 provoquera un déplacement en surface de
structure au-dessus du trias salifère peu profond à cet endroit.
l’ordre de 20 à 50 cm, un séisme de magnitude 6,5 provoquera un
Quelques événements sont situés dans le prolongement méridional
déplacement de 0,5 à 1 m. Après un tel séisme, il est possible que la
de la FMD (au niveau de la faille de Jouques), entre 4 et 9 km de
faille se « bloque » et que les contraintes s’accumulent sans provo-
profondeur. Ils se sont vraisemblablement produits dans le socle
quer de glissement ultérieur. C’est au déclenchement du séisme
antétriasique, puisque le toit du socle est assez superficiel dans
suivant que les contraintes sont libérées par le glissement de la faille.
Ce processus est appelé cycle sismique.
(1) Un mécanisme au foyer consiste en la détermination de l'orientation de la faille
qui glisse lors du séisme, ainsi que de la direction de glissement relative des blocs
le long de cette faille.
Le déplacement cumulé intégrant plusieurs cycles sismiques peut
être déterminé directement en mesurant le déplacement de mar-
IRSN - Rapport scientifique et technique 2007
211
5.1
5.1
a
b
Evénements sismiques les mieux localisés
position par rapport au toit du socle
(profondeur en km par rapport au niveau de la mer)
Z > 2 km en-dessous du toit du socle
Z compris entre 2 km en-dessous ou
au-dessus du toit du socle
Z < 2 km au-dessus du toit du socle
Profondeur des
microséismes
-3,9
-6,8
FMD Faille de la Moyenne Durance
0-3
3 -6
6 -9
tracé de la faille en surface Iso-contour (profondeur)
du toit du socle (par rapport au niveau de la mer)
N
0
00
-6
Nature des solutions
focales
-8,8
10,5
Décrochantes
Inverses
Normales
-8,1
-7,8
N
-4,4
-9
-13,7
-70
00
-6000
-8,5
-100
0
-4,5
00
-6,2
-20
-3,7
10 km
-3000
00
-5,7
-40
-50
00
-8,7
10 km
Figure 5
a : Localisation des événements sismiques vis-à-vis de la position de la segmentation et du socle cristallin. La profondeur du toit du
socle cristallin est indiquée par des courbes isobathes en pointillés (altitude de référence = niveau de la mer).
b : direction des axes principaux des contraintes déduites des mécanismes au foyer des séismes.
queurs géologiques assez anciens et datés. Les vitesses de glissement
concrétisées par une thèse [Baroux, 2000] et par une étude de
des failles peuvent également être estimées à partir de mesures
quantification cinématique [Siame et al., 2004]. Ces travaux, fondés
indirectes de plus court terme, issues des méthodes géodésiques.
sur la quantification du déplacement de marqueurs géologiques
Compte tenu des déplacements unitaires associés à chaque classe
datés (utilisation de cosmonucléides), conduisent à proposer un
de magnitude, on peut calculer une période de retour pour la
taux de glissement à long terme de la FMD inférieur au millimètre
classe de séismes correspondante, et ainsi évaluer la durée du cycle
par an.
sismique.
Géodésie spatiale (GPS)
Cette démarche est appliquée aux failles rapides des contextes très
La géodésie spatiale, mise en œuvre pour l’étude de la tectonique
actifs (Californie par exemple), mais reste discutable pour un
active depuis le début des années 1990 en France, constitue une
contexte intra-plaque où le cycle sismique peut être très long. Faute
approche complémentaire des études géologiques et permet d’ac-
de disposer de méthode spécifique pour évaluer des périodes de
céder aux champs de déplacement « instantanés ». Elle fait l’objet
retour pour les failles lentes, les paramètres du cycle sismique sont
de recherches à l’IRSN depuis de nombreuses années. L’Institut a
évalués à partir d’estimations de la vitesse de glissement à long
ainsi procédé à l’installation d’un réseau de mesures temporaires
terme de la faille et de la taille unitaire des dislocations sismiques
(dans les Pyrénées-Orientales), semi-permanentes et permanentes
maximales possibles.
(dans le Jura et en Provence). Grâce aux mesures continues des
stations Gina (Ginasservis, Var) et Mich (observatoire de Saint-
Décalage de marqueurs géologiques
Michel-de-Provence, Alpes-de-Haute-Provence), il dispose
Depuis le milieu des années 1990, l’IRSN collabore avec les insti-
aujourd’hui d’environ sept années et demie d’observations à proxi-
tutions universitaires Orsay-Terre puis Cerege pour caractériser le
mité de la FMD, de part et d’autre de celle-ci. Cette longue série
contexte géologique et cinématique de la FMD. Ces études ont été
temporelle, l’une des plus longues d’Europe, permet d’évaluer la
212
Rapport scientifique et technique 2007 - IRSN
Les études de sûreté et de sécurité des installations
vitesse de rapprochement relatif des deux points concernés à
simultanément plusieurs segments de faille ; dans cette configura-
- 0,1 ± 0,6 mm/a à 2 σ compte tenu du modèle de bruit utilisé.
tion, la magnitude maximale sera plus importante.
L’extrapolation de ces vitesses « géodésiques » au glissement
montre cependant que la tendance est très faible, mais cohérente
Au sujet de la période de retour des événements
maximaux
avec les vitesses de glissement long terme. Par ailleurs, l’analyse en
Différentes approches géologiques ou géomorphologiques conver-
tenseur de déformation sur différentes paires de stations en Provence
gent vers une vitesse de glissement « long terme » inférieure au
donne toujours la même direction de raccourcissement Nord-
millimètre de la FMD entre 0,01 et 0,07 [Baroux, 2000 ; Siame et
Sud.
al., 2004]. L’analyse des données GPS aboutit aussi à une vitesse
Concernant cette instrumentation géodésique, l’IRSN a installé, en
de glissement « très court terme » inférieure à 0,1 mm/an.
collaboration avec l’UMR Géosciences Azur (université de Sophia-
Les périodes de retour de séismes peuvent être estimées à l’aide
Antipolis, Alpes-Maritimes), un réseau de sites semi-permanents
de relations empiriques reliant dislocation co-sismique et surface
régulièrement implantés autour du segment de Manosque. Ce réseau
des failles mobilisées. Ces estimations conduisent à proposer des
permettra, en cas de séisme majeur sur la FMD, de mesurer préci-
scénarios impliquant un ou plusieurs segments de faille, avec des
sément les déplacements induits et ainsi de mieux comprendre la
périodes de retour comprises entre 5 000 et 10 000 ans pour des
cinématique des failles associée aux événements sismiques
magnitudes comprises entre 5,8 et 6,5 respectivement, cette der-
locaux.
nière valeur étant considérée comme une borne supérieure,
« long terme » reste pour le moment délicate. Le résultat obtenu
puisqu’elle correspond à la dislocation de la totalité des segments
identifiés.
Premières réponses apportées en termes
d’aléa sismique
L’utilisation des relations empiriques mentionnées précédemment
reste toutefois délicate pour des failles « lentes », notamment à
cause de la méconnaissance de leur comportement. De plus, aucun
Concernant la magnitude maximale des séismes
élément ne permet d’inclure ou d’exclure une part de glissement
Toutes les études et travaux mentionnés précédemment, combinés
asismique (glissement continu d’une faille sans séisme). Malgré
avec la connaissance géologique de la région, permettent de pro-
toutes ces incertitudes, l’utilisation de relations empiriques permet
poser un modèle géométrique de segmentation 3D du système de
au moins de donner un ordre de grandeur majorant de la magni-
failles de la Durance. Sur la base de ce modèle, il est possible
tude et de la période de retour des séismes attendus sur la FMD.
d’évaluer l’aléa sismique associé à la FMD. À la suite des travaux
de Baroux [Baroux, 2000] et de l’interprétation susmentionnée des
lignes sismiques par l’IRSN [Aochi et al., 2006] a été estimé la
Conclusion
potentialité maximale de la FMD à une magnitude de 6,9. Cette
estimation est en accord avec celles obtenues par d’autres études
La localisation fine de la microsismicité à l’aide du réseau IRSN
académiques [voir par exemple Sébrier et al., 1997]. Dans tous les
permet de considérer aujourd’hui que l’activité actuelle de la
cas, l’estimation repose sur l’hypothèse de failles actives profon-
faille est principalement localisée dans la partie supérieure de la
dément enracinées dans le substratum cristallin.
croûte (dans la pile sédimentaire), impliquant une dimension
L’étude de la microsismicité montre qu’au niveau de la FMD,
réduite des segments de faille actifs du fait de leur faible profon-
l’activité réside, pour l’essentiel, dans la couverture sédimentaire
deur d’enracinement. Ce résultat permet d’estimer une magni-
« décollée » sur le Trias salifère et gypseux. En considérant ce
tude maximale compatible avec les caractéristiques géométriques
résultat et les données cartographiques, ainsi que celles obtenues
retenues aujourd’hui. Associé aux résultats issus de nombreu-
par l’interprétation des profils sismiques, la dimension maximale
ses études géologiques et de l’interprétation des données géo-
du plus grand segment cartographié est de 18 km × 6 km. En
désiques acquises par l’IRSN, il permet également d’estimer la
utilisant les relations empiriques reliant magnitude de séisme et
période de retour des événements maximaux plausibles. Les
dimension de faille [Wells et Coppersmith, 1994], cela implique que
études montrent, d’une part, que la FMD est une faille « lente »
la magnitude maximale individuelle par segment ne peut pas
apte à produire des séismes avec des ruptures en surface
dépasser Mw = 6,0 ± 0,2. Une autre estimation de Mw, suivant la
(comme à Valvéranne, près de Manosque), d’autre part, que la
relation de [Hanks et Kanamori, 1979] donne Mw = 6,1 avec un
dimension des sources est cependant limitée par la forte seg-
coulissage de l’ordre de 0,5 m (dislocation co-sismique) le long de
mentation verticale et horizontale, conduisant à estimer des
la faille. Bien entendu, le déclenchement d’un séisme peut impliquer
séismes maximaux de l’ordre de Mw ~ 6,5.
IRSN - Rapport scientifique et technique 2007
213
5.1
5.1
La localisation 3D des séismes enregistrés entre 1999 et 2006 a
Les résultats acquis par le réseau de surveillance sismique de
révélé l’existence d’une activité sismique profonde. Cette acti-
l’IRSN ont permis de caractériser la microsismicité de la FMD
vité n’est pas directement associée à des failles connues en
et des structures environnantes et de proposer une évaluation
surface et se situe à la périphérie du système de failles, notam-
de l’aléa sismique plus précise. Une acquisition de plus longue
ment au nord du plateau de Valensole.
donnée de cette surveillance sismique ne devrait pas modifier
l’image d’ores et déjà obtenue, sauf peut-être en cas de crise
Un certain nombre d’actions relatives à la caractérisation des
sismique majeure. Compte tenu de la sismicité historique récur-
failles du secteur de la Moyenne Durance est en cours (interpré-
rente observée sur la FMD, il est envisagé que le réseau IRSN
tation de 400 km de lignes sismiques dans le cadre d’une
soit reconfiguré en accélérométrie uniquement afin d’enregis-
collaboration CEA-Cadarache/IRSN/BRGM/Cerege ; relocali-
trer d’éventuels mouvements forts lors d’événements significatifs
sation fine de la microsismicité enregistrée par le réseau IRSN
possibles. Pour ce qui concerne l’évolution du réseau vélocimé-
dans le cadre d’une collaboration IRSN/Collège de France ;
trique, une discussion est en cours quant à son devenir avec la
synthèses géologiques dans le cadre de la thèse (CEA/Cerege)
communauté académique.
de S. Molliex ; tirs de nouveaux profils sismiques par le CEA
dans le cadre du programme CASHIMA (programme de R&D
du CEA dédié à l’étude de l’aléa sismique autour du site de
Cadarache). L’ensemble de ces actions devrait permettre d’améliorer encore la connaissance des failles actives du secteur.
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